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该电池的放电能量将小于充电能量, 在忽略电池

的充放电效率的差异的前提下, 该电池的能量将会不
断增加. 放电电流比充电电流越小, 则该电池获得的充
电能量越大, 能量增加的速度越快.

对于放电电流大于充电电流的单体电池, 有

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该电池的放电能量将大于充电能量, 在忽略电池

的充放电效率的差异的前提下, 该电池的能量将会不
断减少. 放电电流比充电电流越大, 则该电池实际放出
的能量越大, 能量减少的速度越快.

依据上面的分析, 在能量的流动过程中, 一方面,

通过整组电池的放电产生放电均衡的能量. 在放电均
衡的过程中, 尽管所有电池的放电电流相同, 但是剩余
能量高的电池由于电动势高, 实际放出的能量也多, 也
就是说, 该电池的放电能量在所有用于放电均衡的能
量中所占的比例就越高, 反之亦然. 另一方面, 发电机
产生的能量又经过能量的变换, 通过独立的充电系统
为单体电池分别补充能量. 在充电均衡的过程中, 剩余
能量低的电池由于电动势低而使得充电电流大, 根据
式 ( 4), 该电池得到的充电能量就越大, 也就是说, 该
电池的充电能量在所有用于充电均衡的能量中所占的
比例就越高, 反之亦然.

3 能量分流充放电控制策略

根据能量分流充放电控制模型, 提出了一种能量

分流充放电控制策略, 该策略的工作原理: 根据电池监
测系统提供的数据可以实时地计算电池的不均衡度,
掌握电池组的不一致状态变化的趋势, 从而及时确定
合理的接受充电均衡的电池的数目和均衡充放电力
度. 利用高频变压器的匝比调节和占空比调节, 既可以
控制放电均衡的强度, 还可以控制充电电压的高低, 从
而达到选择充电均衡对象和控制均衡力度的目的, 这
样就实现了动态均衡充放电的智能控制.

如果所有单体电池采用的充放电均衡的线路和参

数都完全相同, 则均衡能量的分配和流动仅仅取决于
单体电池的能量状态. 剩余能量越少, 该电池的充进能
量越多, 放出能量越少; 剩余能量越多, 该电池的充进
能量越少, 放出能量越多. 既不会出现所有电池能量都
下降的现象, 也不会出现所有电池能量都上升的现象.
其中一致性较好的电池其剩余能量状态始终动态地保
持着较好的一致性. 而在一致性差的电池中, 剩余能量
高的电池在均衡的过程中充电的能量小于放出的能
量, 甚至充电的能量等于小于零, 均衡的结果是能量快
速放出从而趋近于一致性较好的电池; 剩余能量低的
电池在均衡的过程中充电的能量大于放出的能量, 均
衡的结果是能量快速得到补充从而趋近于一致性较好
的电池. 实际的均衡效果是放电能量从能量高的电池

流向 12 V电源和车辆上用电设备, 而减少动力电池组
给它们提供的能量, 这些能量又提供给能量低的电池
充电, 宏观上表现为电池组的能量在所有单体电池之
间实现了均衡分布和调整. 因此, 该模型能够根据单体
电池能量状态的高低差别实现电池组能量的自动、按
比例的流动和分配, 能量均衡的过程具有高度的智能
性.

4. 能量分流充放电控制策略仿真结果

根据电池能量分流充放电均衡控制建模的 3种情

况, 对一组 ( 3个 ) 12V 40Ah的铅酸蓄电池进行能量均
衡仿真, 仿真模型如图 5, 电机模型控制根据电池采集
系统的信号 (电池组不均衡度、各单体电池的电压等 )
来判断电机的输出总功率; 能量转换系统根据电机输
出功率和电池组不均衡度, 利用高频变压器的匝比调
节和占空比调节, 控制放电均衡的强度和各个电池单
体的充电电压, 电池组放电给 12 V电源和车辆上用电
设备, 进而实现电池组能量均衡. 通过改变 12 V 电源
和车辆上用电设备的负载来模拟充放电功率的 3种关
系, 得到以下结果:

图 5 12V 40A h的铅酸蓄电池能量均衡仿真模型

当用于均衡的放电功率小于用于均衡的充电功率

的情况, 由于放电功率小于充电功率, 因此电池单体均
衡能量上升, 反映到电池单体均衡电压升高, 如图 6.

图 6 系统放电功率小于充电功率

当用于均衡的放电功率大于用于均衡的充电功率

的情况, 由于放电功率大于充电功率, 因此电池单体均
衡能量下降, 反映到电池单体均衡电压降低, 如图 7.

当用于均衡的放电功率等于用于均衡的充电功率

第 28卷第 7期

田

锐, 等:

电池均衡控制策略研究